스마트 건설재료

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스마트 건설재료

충북대학교
양범주

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공학 >토목ㆍ도시 >토목공학
강의학기

2026년 2학기

조회수

485

강의계획서: 강의계획서

대표적인 건설재료인 콘크리트를 중심으로 시멘트, 골재, 혼화재료 등 일반 건설재료의 기초 지식을 학습하고, 스마트 건설재료의 최신 적용사례와 주요 특징, 발현 원리 및 분석 방법을 다루는 대학원 강좌이다.

탄소나노튜브(CNT)를 혼입한 다기능 시멘트 복합재료(압저항 센싱, 전기 발열, 전자파 차폐, 열전 에너지 하베스팅), 자기치유 건설재료, 탄소저감 건설재료, 원자력 시설용 저방사화 건설재료, 산업부산물을 재활용한 업사이클링 건설재료를 주제별로 소개한다.

아울러 각 재료의 성능을 정량적으로 규명하는 데 사용되는 기기분석 기법(XRD, XRF, 열분석, 수은압입법, SEM/TEM, 열전도도 측정, 초음파 펄스속도)의 원리와 해석 방법을 함께 학습하며, 국내외 최신 연구사례와 실제 실험 결과를 병행하여 소개한다.

차시별 강의

1.	과목 개요 및 스마트 건설재료 소개 / 전도성 건설재료 (1)	1. 강의 운영 방식 및 평가 방법 안내 2. 스마트 건설재료의 정의와 건설재료의 일반적 특성·중요성 3. 전도성 건설재료의 대표 적용사례 및 주요 용어 4. 탄소나노튜브(CNT)의 구조와 분산기법: 초음파 분산, W/B비, 화학 혼화제, 나노필러 5. CNT 혼입 시멘트 복합재료 및 CNT-탄소섬유(CF) 시너지 효과
2.	전도성 건설재료 (2): 센싱·발열·차폐·에너지 하베스팅	1. 다양한 전도성 필러의 종류와 전도성 경로의 방향 제어 2. 구조건전성 모니터링(SHM)을 위한 시멘트 기반 압저항 센서: 반복·장기 센싱 특성 3. 상변화물질(PCM)을 적용한 전기 발열 시스템과 도로 결빙 방지 모의실험 4. 전자파 차폐 복합재료의 기초 원리, 멀티 레이어 설계 및 성능평가 5. 열전(thermoelectric) 에너지 하베스팅과 도시 열섬 효과 저감
3.	전기적 물성의 기초와 CNT 발열 복합재료	1. 저항(resistance), 비저항(resistivity), 전기전도도(conductivity)의 정의와 측정 2. CNT의 침투임계(percolation threshold) 실험과 터널링 효과 3. 중공 유리 미소구체(HGM)를 혼입한 CNT 발열 복합재료의 설계와 발열 성능 4. 구간별 발열 시스템(sectional heating)의 에너지 효율 최적화 사례
4.	자기치유 건설재료	1. 자기치유의 필요성과 균열 자기치유 메커니즘의 분류 2. 내부 치유(intrinsic healing): 미수화 시멘트의 추가 수화와 탄산화 3. 캡슐화 기반 치유(encapsulation-based healing): 마이크로캡슐, 중공섬유, 혈관형 4. 미생물 기반 치유(microbial-based healing): 박테리아에 의한 탄산칼슘 석출 5. 치유 성능 평가 방법과 현장 적용상의 한계
5.	재료 정량분석 (1): 회절·형광·열분석·공극분석	1. 결정학의 기초: 결정구조와 밀러지수 2. X선 회절분석(XRD): Bragg 법칙, 면간격 계산, 회절 패턴의 해석 3. X선 형광분석(XRF): 작동원리, 적용 가능 시편, 장점 및 한계 4. 열분석: 열무게분석(TGA), 미분열무게분석(DTG), 시차주사열량법(DSC) 5. 수은압입법(MIP)을 이용한 공극구조 분석 및 해석 사례
6.	재료 정량분석 (2): 현미경·열물성·비파괴	1. 주사전자현미경(SEM)의 구성요소와 원리, 후방산란전자(BSE) 영상, EDS 매핑 2. 투과전자현미경(TEM)의 원리와 광학현미경·SEM의 비교 3. 열전도도 측정법: hot plate, laser/light flash, transient plane/line source 4. 초음파 펄스속도(UPV)의 측정 원리, 탄성학적 해석 및 활용 분야
7.	탄소저감(CO2 저감) 건설재료	1. 시멘트 산업의 CO2 배출 현황과 탄소중립을 향한 국제적 흐름 2. CO2 저감 기술: 탄산화 양생, 벨라이트 시멘트, 상용화 사례(CarbonCure 등) 3. 바이오차(biochar)를 활용한 CCUS 소재와 그 메커니즘 4. 메타카올린 혼입에 따른 공극구조 보완과 배합 설계 5. 굳지 않은/굳은 상태 특성 및 내구성 평가(탄산화, 황산염 침투, 염화물 침투)
8.	저방사화 건설재료 및 무선충전 도로(OLEV)	1. 콘크리트의 방사화(radio-activation) 메커니즘과 방사성 폐기물 저감의 필요성 2. 차세대 원전(Gen-IV) 개발 및 원전 해체 관련 기술동향 3. 재료 배합을 통한 저방사화 설계, 시편 제작 및 명명 체계 4. 실험결과: 유동성(ASTM C1437), 밀도·흡수율(ASTM C642), 압축강도(ASTM C39) 5. OLEV(급전도로) 프로젝트: 도로 설계, 유한요소 시뮬레이션, 재료시험, 시공 및 보완사항
9.	업사이클링 건설재료 (1): 굴패각 활용과 콘크리트 수축	1. 골재의 품질과 알칼리-실리카 반응(ASR) 메커니즘 2. 굴패각의 발생 현황, 소성(calcination) 처리 및 원소재 분석(TGA, XRD) 3. 소성 굴패각 분말 혼입 모르타르: 유동성, 수화열, 압축강도 4. 수은압입법에 의한 공극구조 변화와 자기수축 거동 5. 콘크리트 수축의 종류(소성·자기·건조·탄화수축)와 시멘트 수화생성물의 강도 기여
10.	업사이클링 건설재료 (2): 인테리어스톤 슬러지 활용	1. 인테리어스톤의 제조공정과 슬러지 발생 현황, ESG 관점의 재활용 필요성 2. 원소재 분석: 함수율, 입도분포, SEM/EDS, XRF, TGA, 중금속 함유량 3. 고유동 채움재(CLSM) 적용: 배합 설계, 플로우·블리딩·압축강도·단위중량·물흡수율 4. 모르타르 적용: 유동성, 압축강도, 응결시간(관입저항·비카침), 내부공극 5. 분자동역학 기반 메커니즘 분석 및 시멘트 대체 가능성 검토